1. rekayasa bidang bioteknology
-
Upload
arie-febrianto-mulyadi -
Category
Documents
-
view
376 -
download
7
Transcript of 1. rekayasa bidang bioteknology
LOGO
REKAYASA BIDANG BIOTEKNOLOGY
Arie Febrianto MulyadiJur TIP-FTP-Univ. Brawijaya
LINGKUP PERKEMBANGAN BIOTEK
ISOLASI SELEKSI STRAIN IMPROVEMENT
↓ MUTAN DG SIFAT SCREENING
*) Efisien dlm proses
*) Dpt menggunakan substrat variatif
*) Stabil selama proses dan dalam penyimpanan
REKAYASA GENETIKA
ISOLASI WILDTYPE
MUTA GENESIS
SELEKSIMUTAN
PERAN STRAIN IMPROVEMENT
REKAYASANYA DIMANA ???
PROSES EFISIEN & EKONOMIS
INOVASI BIOLOGI
WORKING PROCESS
SKALA LAB. ERLENMEYER
500 CC
SKALA PILOT PLANFERMENTOR: 5 – 200 L
SKALA INDUSTRIBIOREAKTOR
5.000 – 100.000 L
SELEKSI STRAIN MIKROBA
OPTIMASI FAKTOR LINGKUNGAN
PERTIMBANGAN EKONOMI
TELAAH PRINSIP
OPERASI ASEPTIS Menghindari kontaminasi RANCANG BANGUN REAKTOR Bioreaktor
tempat berlangsungnya fermentasi/transformasi menjadi produk yang diinginkan oleh sistem enzim dalam mikroba atau enzim yang diisolasi
BIOREAKTOR/FERMENTOR Agitasi, Oksigen transfer dan Heat remover
REAKTOR UNTUK BIOKATALIS YANG TERIMOBILISASI Enzim/Sel
TELAAH (Lanjutan)
KINETIKA BIOPROSES INSTRUMENTASI DAN PENGENDALIAN
PROSES Suhu, pH, DO, Konsumsi Oksigen, Produksi CO2
PRODUCT RECOVERY – DOWNSTREAM PROCESSES ATAU PROSES HILIR :
- Pemanenan
- Pemisahan
- PurifikasiProduk
REKAYASA PROSES FERMENTASI
INOKULUM, MIKROORGANISME PENGHASIL PRODUK DIKULTUR DALAM SATU SERI FERMENTOR
DENGAN VOLUME/UKURAN YANG DITINGKATKAN
TEKNOLOGI ENZIM
ISOLASI DAN PEMURNIAN ENZIM
BERDASAR FUNGSI ADA 2 JENIS ENZIM INTRASELLULER
ENZIM EKSTRASELLULER LEBIH MUDAH DIISOLASI
ISOLASI ENZIM INTRASELLULER
• Merupakan proses pelepasan enzim dari sel
• Sumber : mikroba, hewan, tumbuhan dari tumbuhan paling sulit karena :
- dinding sel keras
- cenderung timbul racun (fenol)
• Diatasi dengan :
- Ditambah zat pereduksi (askorbut, tioglikolat dan β-merkaptoetanol
- Dari jaringan tumbuhan yang muda
• Pemecahan dinding sel dilakukan cara fisik/kimia
EKSTRAKSI CARA FISIK
1. DENGAN ALAT HOMOGENIZER WARNING BLENDER ATAU HAMMER MILL Kurang baik
2. PEMBEKUAN DAN PENCAIRAN Pasta sel didinginkan suhu -20oC mengalami perusakan dinding sel akibat anomali air (volume membesar ketika air membeku)
3. KEJUTAN OSMOSA Bakteri diletakkan dalam larutan dengan tekanan osmosa tinggi (sukrosa 20%) sampai terjadi kesetimbangan, kemudian dipindahkan ke dalam air akan timbul aliran air dari media ke dalam sel dinding sel pecah
4. SONIKASI sel dalam media cair diberi getaran di atas getaran frekuensi pendengan manusia ( > 20 kHz atau ultrasonik)
Getaran menimbulkan perapatan dan perenggangan yang akan menimbulkan perubahan periodik tekanan dalam cairan medium dan plasma sel
5. AGITASI DENGAN ABRASI Pasta ditempatkan pada wadah yang mengandung butir-butir gelas dan digetarkan dg cepat/keras. Timbul gaya gesek akibat gradien kecepatan oleh tumbukan antar butiran dan antara butiran dg mikroorganisme berakibat sel pecah
EKSTRASI CARA KIMIA
• TEKNIK LEBIH HALUS
• AGITASI DITERAPKAN HANYA SESEKALI
MACAM :
1. DENGAN DETERGENT
2. ENZIMLITIK
3. ALKALI
DETERGENT
Detergen an-ionik, kationik dan non-ionik efektif dalam merusak dinding sel mikroorganisme
Sering dipakai untuk proses isolasi enzim, seperti jenis detergen :
1. setil trimetil amonium bromida (kationik)
2. natrium lauril sulfat (anionik)
3. tweens, triton (non-ionik) Pada kondisi pH dan kekuatan ion sesuai
detergen berinteraksi dg lipoprotein MISEL
Detergen (lanjutan)
Akibat yang timbul lipoprotein sebagai konstituen membran sel akan luruh/larut sehingga enzim keluar
Penggunaan detergen harus selektif krn dapat menginaktifasi beberapa enzim akibat terjadinya denaturasi atau pengendapan protein
Detergen harus segera dipisahkan dari enzim sebelum digunakan
ENZIM LITIK
• Paling efektif digunakan pemisahan enzim dengan cara memecah dinding sel
• Umumnya menggunakan lizozim yang berasal dari putih telur
• Enzim memecah ikatan β 1.4 glikosida dari polisakarida penyususn dinding sel (asam muramat)
PENGGUNAAN ALKALI (BASA)
Penempatan sel pada medium dengan nilai pH atara 11 – 12,5 selama kurang lebih 20 menit akan mampu memecah dinding sel
Hanya digunakan untuk enzim yang tahan (stabil) terhadap kondisi pH tinggi (basa)
PROSES PEMURNIAN (REKAYASA)
Setelah dinding sel pecah, enzim intra selluler berada dalam larutan bersama dengan enzim lain, protein, asam nukleat, metabolit, senyawa lain dalam media dan lain-lain
Untuk enzim ekstra selluler, enzim harus dipisahkan dari sel penghasil dan senyawa lain dalam medium
Teknik pemisahan dilakukan beberapa tahap : sentrifugasi, filtrasi, flokulasi atau koagulasi
SENTRIFUGASI
Teknik sentrifugasi dipilih untuk memisahkan larutan dengan molekul yang lebih besar (berat jenis) pada skala kecil (laboratorium)
Untuk kapasitas besar kurang efektif karena perlu kecepatan tinggi (ultrasentrifugasi)
Persamaan :
d2 ρp - ρl ω2 rv
Φ = ------------- x --------
18η Sg
Φ = The troughput for complite removal d2 = diameter partikel ρp = masa jenis partikel ρl = masa jenis larutan ω2 = kecepatan sudut r = radius putaran v = volume cairan dlm tabung sentrifuse S = tebal lapisan cairan dlm tabung g = tetapan grafitasi
Pemisahan mudah terjadi apabila :
• Diameter partikel “d” besar
• Perbedaan masa jenis partikel dan larutan besar
• Viscositas larutan rendah
• Kecepatan sudut tinggi
• Radius putaran besar
• Lapisan cairan tipis
• Partikel materi biologis selalu kecil dan memiliki masa jenis yang rendah, hasilfermentasi memiliki viscositas dan masa jenis yang tinggi
• Pada skala lab. Diatasi dengan kecepatan sudut tinggi pada industri ???
FILTRASI
• Kecepatan alir cairan yang melalui filter tergantung pada perbedaan tekanan, hambatan materi, kekentalan cairan dan hambatan lapisan yang sudah terbentuk
• Efektifitas penyaringan yang semula tinggi, menurun dengan semakin terakumulasinya materi yang tersaring
• Cara mengatasi penambahan tanah diatome untuk membantu menahan partikel-2 halus
• Contoh filter filter press atau rotary drum filter
FLOKULASI DAN KOAGULASI
Baik diaplikasikan sebelum proses filtrasi atau sentrifugasi
Cairan encer flokulasi terjadi dengan penambahan reagensia
Koagulasi merupakan adesi spontan antar partikel apabila muatan partikel satu dapat dinetralkan oleh muatan partikel lain
Dapat dipakai untuk pengendapan sel utuh, pecahan sel atau larutan protein
PEMEKATAN
Dapat dilakukan dengan beberapa cara :
a. pengendapan
b. adsorbsi
c. ultra filtrasi (reverse osmose)
d. penguapan
e. pembekuan
KROMATOGRAFI
• Merupakan teknik pemisahan berdasarkan perbedaan interaksi antara komponen-komponen yang akan dipisahkan antara fasa diam dan fasa bergerak
• Macam:
1. Kromatografi partisi Kertas
2. Kromatografi adsorbsi TLC
3. Kromatografi penukar ion Resin penukar ion
4. Kromatografi penyaring molekul Gel filtrasi
5. Kromatografi afinitas
ELEKTROFORESIS
• Mempelajari pergerakan molekul yang bermuatan dalam medan listrik
• Dapat digunakan untuk identifikasi dan analisis polimer biologi yang bermuatan
• Teknik ini relatif murah dan mudah untuk menganalisis dan memurnikan berbagai macam biomolekul, khusunya protein dan asam nukleat
• Migrasi molekul dalam medan listrik dipegaruhi oleh : ukuran, bentuk, muatan dan komposisi kimia molekul
LOGO
www.themegallery.com